安阳师范学院课程实践报告书
电力电子课程实践
——直流升压斩波电路
作者
系（院）物理与电气工程学院
专业电气工程及其自动化（专升本）年级 2014级
学号
指导教师
日期 2014
摘要
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路.直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
关键词：直流；升压斩波；IGBT
目录
摘要 (1)
1 升压斩波电路 (3)
1.1 升压斩波电路的基本原理 (3)
1.2 斩波电路的控制方式 (4)
2.升压斩波电路的典型应用 (5)
3 结果分析 (9)
4 小结 (10)
参考文献 (11)
1 升压斩波电路
1.1 升压斩波电路的基本原理
升压斩波电路（Boost Chopper）的原理及工作波形如图1-1所示。该电路中也是一个全控型器件。
图1-1直流升压斩波电路原理图
首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大，当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I
1
，同时电容C上的电压向负载R
供电，因C值很大，基本保持输出电压u
o
为恒定值。记为U
。设V处于通态的
时间为t
on
,此阶段电感L上积蓄的能量为EI
1
t
on
。当V处于断态时，电源E和电
感L同时向电容C充电并向负载提供能量。设V处于断态的时间为t
off
,
则此期间电感L释放能量为:(U
-E)I
1
t
off
。当电路工作与稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等，即
EI
1
t
on
=(U
-E)I
1
t
off
(1-1)
化简得
U 0 = ( t on + t off /t off ) E= ( T /t off ) E (1-2)
式中 T /t off >= 1 ，输出电压高于电源电压，故称该电路升压斩波电路。也有的文献中采用英文名称，称之为boost 变换器（ Boost Converter ）。
式（1-2）T /t off 中表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压 U 0 的大小， 将升压比的倒数记作β，即β=t off /T 。则β和导通占空比α，有如下关系：
α + β=1 (1-3) 因此，式(1-2)可表示为
U 0 =(1/ β)E=E/1-α (1-4) 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是电感L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V 处于通态期期因电容C 的作用使得输出电压U 0 不变，但实际上C 值 不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U 0 必然会有所下降，故实际输出电压会略低于式(1-4)理论所得结果，不过，在电容C 值足够大时，误差很小，基本可以忽略。
如果忽略电路中的损耗，则有电源提供的能量仅由负载R 消耗，即 EI 1= U 0 I O (1-5)
该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。
根据电路结构并结合式（1-4）得出点开流的平均值I o 为
I O =U 0/R= E/βR (1-6)
由式（1-5）即可得出电源电流I 1为
I 1=U 0 I O /E=E/β2R （1-7）
1.2 斩波电路的控制方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间t
。称为脉冲宽度调制（Pulse
on
Width Modulation ,PWM 或脉冲调宽型。
不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。
2）保持开关导通时间t
on
3）T
和T都可调，是占空比改变，称为混合型。
on
其中第一种方式应用最多。
2.升压斩波电路的典型应用
图2-1用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路图通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源，由于实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。还需要说明的是，此时电动机的反电动势相当于图2-1中的电源，而此时直流电源相当于图2-1电路中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形如图2-2，2-3所示。
图2-2电流连续升压斩波电路波形
图2-3电流断续升压斩波电路波形
根据图形分析，当可控开关V处于通态时，设电动机电枢电流为i
1
，得下式
Ldi
1/dt+Ri
1
=E
m
(2-1)
式中，R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设i 1的初值为I 10 ,解上式得
i 1=I 10
+E M (1-)/R (2-2)
当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式
Ldi 2/dt+Ri 2=E M -E (2-3)
设i 的初值为I ，解上式得
i 2=I 20/-E-E m (1-)/R (2-4)
当电流连续时，从2-2图的电流波形图可以看出，t=t on 式刻i 1=I 20，t=T 时刻i 2=I 10,由此可得
(2-5)
(2-6)
由以上两式可得
（2-7）
（2-8）与降压斩波电路一样，把上面两式用泰勒级数线性近似，得
（2-9）该式表示了L值为无穷大时电枢电流的平均值I o，即
（2-10）
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源看作是被降低到了。
枢电流断续时的波形图如2-3所示
当t=0时，i1=I10=0，令式(2-5)中I10=0即可求出I20，进而可写出i2的表达式。另外，当t=t 2时，i2=0，可求的i2持续的时间t x，即
(2-11)
当t x （2-12）根据此式可对电路的工作状态作出判断。 3 结果分析 从计算公式中分析得出： 1)占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长； 2)电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大； 3)电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。 4 小结 经过了这次的课程设计，使我得到了很多的心得体会，这次设计加深了我对这门课程的了解，以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。 现在我们所使用到能源中电能占了很大的比重，它具有成本低廉，输送方便，绿色环保，控制方便能很容易转换成其他的信号等等。我们的日常生活已经离不开电了。在如今高能耗社会，合理的利用电能，提高电能品质和用电效率成为了全球研究的当务之急。而《电力电子技术》正是与这一主题相关联的。直流升压斩波电路是里面的一部分，它开关电源，与线性电源相比，具有绿色效率高，控制方便，智能化，易实现计算机控制。 这次课程设计是对我们所学内容的一次复习与拓展，它要求我们掌握仿真电力电子器件(由于条件有限暂无仿真步骤)。通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。 在这次学习的过程中，也许过程比较紧张和费神，但是当最终的结果出现在我面前的时候却是一种难得的喜悦，这是一种我们平时难以获得的体会。我们应该正视课程设计，好好的利用课设提升自己本身的知识水平。 参考文献 [1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京：机械工业出版社,2000. [2]尹克宁.电力工程[M].北京：中国电力出版社，2008. [3]黄俊，王兆安.电力电子交流技术[M].3版.北京：机械工业出版社，1993. [4]王兆安.电力电子技术是电能质量控制的重要手段[J].电力电子技术，2004 [5]陈治明.电力电子器件基础[M].北京：机械工业出版社，1992. [6]张立，黄两一.电力电子场控器件及其应用[M].北京：机械工业出版社，1995. [7]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006. [8]赵可斌，陈国雄.电力电子变流技术[M].上海：上海交通大学出版社，1993. [9]张立，赵永健.现代电子电力技术[M].北京：科学出版社，1992. [10]丁道宏.电力电子技术[M].北京：航空工业出版社，1992. 电力电子技术课程设计报告题目：升压斩波电路设计 学院： 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 升压斩波电路设计(一) 设计任务书 （二）设计说明书 目录一matlab仿真原理 1 升压斩波电路工作原理 1.1主电路工作原理 1.2 IGBT驱动电路选择 2 仿真实验 2.1仿真模型 2.2仿真实验结果及分析 2.3仿真实验结论 2.4 最优参数选择 二硬件实验 2.1 硬件电路 2.1.1整流电路 2.1.2斩波信号产生电路 2.1.3斩波电路 2.1.4总原理图 2.1.5元器件列表 2.2 PCB印刷电路板 2.3 制造输出——final 三课程设计总结 参考文献 摘要 本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，最后进行了GUI编程，利用图形可视化界面的直观易懂的特点，使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式，从而具有友好界面，非常方便的就可进行控制参数输入，和输出图像显示。第二部分是电路板，它可以通过BluePrint、Kicad 、Protel等软件设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。 关键字升压斩波; SG3525;SIMULINK ; PWM;Protel 湖南工学院 课程设计说明书 课题名称：直流升压斩波电路的设计专业名称：自动化 学生班级：自本0903班 学生姓名：曾盛 学生学号： 09401040322 指导教师：桂友超 电力电子技术课程设计任务书 一、设计任务和要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （4）广泛收集相关资料。 （5）独立思考，刻苦专研，严禁抄袭。 （6）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。 二、设计内容 （1）明确设计任务，对所要设计地任务进行具体分析，充分了解系统性能，指标要求。 （2）制定设计方案。 （3）迸行具体设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理图。 （4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结。 三、技术指标 斩波电路输出电压为340±5V，直流升压斩波电路输入电压为直流流24V~60V，输出功率为100W。 绪论 ........................................................... - 1 - 第1章直流升压斩波电路的设计思想 .............................. - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理..................................... - 3 - 1.2参数计算................................................. - 4 - 第2章直流升压斩波电路驱动电路设计 ............................ - 5 - 第3章直流升压斩波电路保护电路设计 ............................ - 6 - 3.1过电流保护电路........................................... - 6 - 3.2过电压保护电路........................................... - 6 - 第4章直流升压斩波电路总电路的设计 ............................ - 7 - 第5章直流升压斩波电路仿真 .................................... - 8 - 5.1仿真模型的选择........................................... - 8 - 5.2仿真结果及分析........................................... - 8 - 第6章设计总结 ............................................... - 10 - 参考文献 ...................................................... - 11 - 附录：元件清单 ................................................ - 12 - 直流升压斩波电路课程设 计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 湖南工学院课程设计说明书课题名称：直流升压斩波电路的设计专业名称：自动化 学生班级：自本0903班 学生姓名：曾盛 学生学号： 指导教师：桂友超 电力电子技术课程设计任务书 一、设计任务和要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （4）广泛收集相关资料。 （5）独立思考，刻苦专研，严禁抄袭。 （6）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。 二、设计内容 （1）明确设计任务，对所要设计地任务进行具体分析，充分了解系统性能，指标要求。 （2）制定设计方案。 （3）迸行具体设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理图。 （4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结。 三、技术指标 斩波电路输出电压为340±5V，直流升压斩波电路输入电压为直流流24V~60V，输出功率为100W。 直流升压电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。 早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。 主要元件介绍 1 IGBT介绍 本设计基于《电力电子技术》课程，充分使用全控型晶闸管IGBT设计电路，实现直流升压。 IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2 驱动电路M57962L简介 M57962L是由日本三菱电气公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成电路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驱动模块内部装有2500V高隔离电压的光电耦合器，过流保护电路和过流保护输出端子，具有封闭性短路保护功能。M57962L是一种高速驱动电路，驱动信号延时tPLH 和tPHL最大为μs。可以驱动600V/400V 级的IGBT模块。M57962L工作程序:当电源接通后，首先自检，检测IGBT是否过载或短路。若过载或短路， IGBT 的集电极电位升高，经外接二极管流入检测电路的电流增加，栅极关断电路动作，切断 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称电力电子技术 题目升压斩波电源设计 专业班级电气工及其自动化 学生姓名王振林学号 0505 指导老师颜渐德 审批谢卫才 任务书下达日期 2010 年 5 月 17 日设计完成日期 2010 年 5 月 28 日 摘要 本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。 Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系。第二部分是电路板，它可以通过Protel设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。 引言 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。但以 目录 一、降压式直流斩波电路（Buck） (1) 1 原理图 (1) 2 建立仿真模型 (1) 3 仿真波形 (5) 4 小结 (6) 二、升压式直流斩波电路（Boost） (7) 1 原理图 (7) 2建立仿真模型 (7) 3 仿真波形 (8) 4 小结 (9) 一、 降压式直流斩波电路（Buck ） 1 原理图 在控制开关IGBT 导通t on 期间，二极管VD 反偏，电源E 通过电感L 向负载R 供电，此间i L 增加，电感L 的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-u 0，左正右负，这个电压引起电感电流i L 的线性增加。 在控制开关IGBT 关断t off 期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD 导通，电流i L 经二极管VD 续流，u L =-u 0，电感L 向负载R 供电，电感的储能逐步消耗在R 上，电流i L 线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 + -U0E 图1 -1降压式直流斩波电路的电路原理图 2 建立仿真模型 根据原理图用MATLAB 软件画出正确的仿真电路图，如图2。 图1-2降压式直流斩波电路的MATLAB仿真模型 仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0如图1-3。 图1-3 仿真时间参数 电源参数，电压100v，如图1-4。 图1-4 交流电源参数晶闸管参数，如图1-5。 图1-5 晶闸管参数电感参数，如图1-6。 图1-6 电感参数电阻参数，如图1-7。 图1-7 电阻参数二极管参数设置，如图1-8。 图1-8 二极管参数电容参数设置，如图1-9。 图1-9 电容参数 升压式直流斩波电路 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 U L R U0 +- + - 图1 升压式直流斩波电路的电路原理图 1.2 工作原理 假设电路输出端的滤波电容器足够大，以保证输出电压恒定，电感L 的值也很大。 1）当控制开关VT 导通时，电源E 向串联在回路中的电感L 充电储能，电感电压u L 左证右负；而负载电压u 0上正下负，此时在R 于L 之间的续流二极管VD 被反偏，VD 截止。由于电感L 的横流作用，此充电电流基本为恒定值I1.另外，VD 截止时C 向负载R 放电，由于正常工作C 已经被充电，且C 容量很大，所以负载电压基本保持为一恒定值，记为u 0。假设VT 的导通时间为t on ，则此阶段电感L 上的储能可以表示为EI 1t on 2)在控制开关VT 关断时，储能电感L 两端电势极性变成左负右正，续流二极管VD 转为正偏，储能电感L 与电源E 叠加共同向电容C 充电，向负载R 提供能量。如果VT 的关断时间为t off ，则此段时间内电感L 释放的能量可以表示为（U 0-E ）I 1t off 。 1.3基本数量关系 a.一个周期内灯光L 储存的能量与释放的能量相等： 即 b.输出电流平均值 11()on o off EI t U E I t =-E t T E t t t U off off off on o =+= 2.建模 在MA TLAB 新建一个Model ，命名为jiangya ，同时模型建立如下图所示： 图 1 升压式直流斩波电路的MATLAB 仿真模型 2.1模型参数设置 a 电源参数，电压100v ： b.同步脉冲信号发生器参数 振幅1V ，周期0.001，占空比20% R E R U I β1o o == 第3章直流斩波电路 填空题： 1.直流斩波电路完成得是直流到________的变换。 2.直流斩波电路中最基本的两种电路是________和________。 3.斩波电路有三种控制方式：________、________和________。 4.升压斩波电路的典型应用有________和________等。 5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为________。 斩波电路电压的输入输出关系相同的有________、________和________。 斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：________的电源电流和负载电流均连续， ________的输入、输出电流均是断续的，但两种电路输出的电压都为________极性的。 8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第________象限，升压斩波电路能使电动机工作于第________象限，________电路能使电动机工作于第1和第2象限。 9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第________象限。 10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个________斩波电路和一个________斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个________斩波电路并联。 简答题： 11.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。 12.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。 13.试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。 14.试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 15.分析题图3-15a所示的电流可逆斩波电路，并结合题图3-15b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标 明 电 流 方 向。 16.对于题图3-16所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况， 电力电子技术课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 专业： 设计时间： 目录 1．降压斩波电路 (6) 一．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 二．D c／D C变换器的设计 (18) 三．测试结果 (19) 四．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五．课设体会与总结 (30) 六．参考文献 (31) 摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC／DC变换器的设计与实现，具体地分析 了该DC ／DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC ／DC 变换器控制系统的原理和实现，最后给出了测试结果 关键词：DC ／DC 变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM ；直流脉宽调速 一．降压斩波电路 降压斩波原理： R E U I E E T t t t E t U M on off on on -===+= 000α 式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通 占空比，简称占空比火导通比。 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式： 1） 保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。 2） 3） on t c)i E M 工作原理 1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o 按指数曲线上升 2）t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析 从能量传递关系出发进行的推导 《电力电子技术课程设计》报告 设计题目：升压斩波电路的设计 英文题目：The Design of Boost Chopper 院系：电气工程与自动化 年级专业： 2011级电气工程及其自动化 姓名：） ） ） 2014年6月30日 目录 目录 (2) 1. 设计的题目 (3) 1.1引言 (3) 1.2升压斩波电路的应用 (4) 2.设计的任务： (4) 2.1 课程设计要求 (4) 2.2Boost电路技术参数及要求 (4) 3.设计的依据： (5) 3.1总体构思依据 (5) 3.2理论计算依据 (5) 4.设计的内容： (6) 4.1主电路的选择与计算过程 (6) 4.1.1直流斩波电路由直流电源、MOSFET、电感、电容、续流二极管以及负载组 成。具体原理电路图如下： (6) 4.1.2主电路的理论计算： (6) 4.1.3主电路的仿真 (7) 4.1.4主电路的仿真输出波形 (8) 4.2控制电路的选型与计算过程 (8) 4.2.1NE555的引脚图及引脚 (8) 4.2.2 NE555工作原理 (9) 4.2.3控制电路原理图 (9) 4.2.4控制电路理论计算过程 (10) 4.2.5控制电路的仿真与波形输出 (10) 4.3带tlp250光耦合器的驱动电路的选型 (11) 4.3.1 tlp250引脚图及引脚 (11) 4.3.2采用tlp250的原理 (11) 4.4绘制原理图和PCB (12) 4.4.1主电路原理图 (12) 4.4.2主电路PCB图 (13) 4.4.3 555电路图 (13) 4.4.4 光耦tlp250原理图 (13) 电力电子技术课程设计 任务书 课程名称：直流斩波电路的性能研究 学院：电气学院 专业班级：自动化10班 姓名：吴学号：31100800 张31100800 冯31100800 2013年1月 目录 摘要 ............................................................................................................................................. - 1 - 1 BOOST斩波电路工作原理.................................................................................................. - 2 - 1.1 主电路工作原理...................................................................................................... - 2 - 1.2 控制电路选择.......................................................................................................... - 2 - 2 硬件调试 ................................................................................................................................. - 4 - 2.1 电源电路设计.......................................................................................................... - 4 - 2.2 升压（boost）斩波电路主电路设计 ..................................................................... - 5 - 2.3 控制电路设计.......................................................................................................... - 6 - 2.4 驱动电路设计........................................................................................................ - 10 - 2.5 保护电路设计........................................................................................................ - 11 - 2.5.1 过压保护电路............................................................................................ - 11 - 2.5.2 过流保护电路............................................................................................ - 13 - 2.6 直流升压斩波电路总电路.................................................................................... - 13 - 3总结 ........................................................................................................................................ - 15 - 4参考文献 ................................................................................................................................ - 16 - 安阳师范学院课程实践报告书 电力电子课程实践 ——直流升压斩波电路 作者 系（院）物理与电气工程学院 专业电气工程及其自动化（专升本）年级 2014级 学号 指导教师 日期 2014 摘要 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路.直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 关键词：直流；升压斩波；IGBT 目录 摘要 (1) 1 升压斩波电路 (3) 1.1 升压斩波电路的基本原理 (3) 1.2 斩波电路的控制方式 (4) 2.升压斩波电路的典型应用 (5) 3 结果分析 (9) 4 小结 (10) 参考文献 (11) 1 升压斩波电路 1.1 升压斩波电路的基本原理 升压斩波电路（Boost Chopper）的原理及工作波形如图1-1所示。该电路中也是一个全控型器件。 图1-1直流升压斩波电路原理图 首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大，当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I 1 ，同时电容C上的电压向负载R 供电，因C值很大，基本保持输出电压u o 为恒定值。记为U 。设V处于通态的 时间为t on ,此阶段电感L上积蓄的能量为EI 1 t on 。当V处于断态时，电源E和电 感L同时向电容C充电并向负载提供能量。设V处于断态的时间为t off , 则此期间电感L释放能量为:(U -E)I 1 t off 。当电路工作与稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等，即 EI 1 t on =(U -E)I 1 t off (1-1) 化简得 Boost升压斩波电路 总目录 引言 ...................................................... 2 1 升压斩波工作原理 (2) 1.1 主电路工作原理 ................................... 2 2 升压斩波电路的典型应用 ................................. 4 3 设计内容及要 求 (6) 3(1输出值的计算 ...................................... 7 4 硬件电路 (7) 4.1控制电路 (7) 4.2 触发电路和主电路 (9) 4.3.元器件的选取及计算 ............................... 10 5.仿 真 ................................................... 11 6(结果分 析 ............................................. 14 7(小 结 .................................................. 14 8.参考文献.. (14) 引言 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。 直流斩波电路工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 直流斩波电路工作原理及输出输入关系 升压斩波电路（Boost Chopper ） 升压斩波电路 假设L 和C 值很大。 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定1i ，电容C 向负载R 供电，输出电压0u 恒定。 断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。 设V 通态的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on t Ei 1 设V 断态的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为off t i E u 10)(- 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等： on t Ei 1=off t i E u 10)(- 化简得 E t T E t t t u off off off on =+=0 off t T ——升压比；升压比的倒数记作β ，即off t T =β β和α的关系：a +β=1 所以输出电压为 E E u αβ -==1110 升降压斩波电路 (buck -boost Chopper) 降压斩波电路 V 通时，电源E 经V 向L 供电使其贮能，此时电流为1i ，同时，C 维持输出电压恒定并向负载R 供电，这时E u L =。 V 断时，L 的能量向负载释放，电流为2i 。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，这时0u u L -=。 稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零，即 ???=-=+=T off on T t off L t on L L t u Et dt u dt u dt u on on 00)(0)(0 所以输出电压为： E E t T t E t t u oN on off on αα-=-== 10 （on t 为 V 处于通态的时间，off t 为V 处于断态的时间） 课程设计说明书 题目名称：直流斩波电路的设计 系部：电力工程系 专业班级：新能源13-1 学生姓名：谢程程 学号：2013231292 指导教师：张海丽 完成日期：2015.6.13 新疆工程学院 课程设计评定意见 设计题目直流斩波电路的设计 系部__电力工程系_____ 专业班级新能源13-1 学生姓名__谢程程_________ 学生学号2013231292 评定意见： 评定成绩： 指导教师（签名）：年月日 （此页背书） 评定意见参考提纲： 1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2、学生的勤勉态度。 3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。 新疆工程学院 电力工程系(部)课程设计任务书 2014/2015学年第二学期2015年 6 月15日 教研室主任（签名）系（部）主任（签名） 摘要 直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器。直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况； 本文主要介绍的是直流斩波电路的设计，通过对直流源，控制电路，驱动电路和保护电路的设计完成整个直流斩波电路的设计。通过示波器很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图，通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，利用自带的电表和示波器能直观的分析各种输出结果。硬件电路设计，它通过Protel等软件设计完成。 关键词：直流斩波控制驱动保护 目录 摘要 1 直流斩波主电路的设计............................ 错误!未定义书签。 1.1 电力电子技术介绍............................ 错误!未定义书签。 1.1.1 电力电子技术的内容..................... 错误!未定义书签。 1.1.2 电力电子技术的发展................. 错误!未定义书签。 1.1.3 电力电子技术的重要作用............... 错误!未定义书签。 1.1.4 电力电子技术课程的学习要求 (2) 1.2 直流斩波电路介绍............................ 错误!未定义书签。 1.3 直流斩波电路原理............................ 错误!未定义书签。 1.3.1 直流降压斩波电路....................... 错误!未定义书签。 1.3.2 降压斩波电路实验室验证 (7) 1.3.3 直流升压斩波电路 (9) 1.4 主电路的设计................................ 错误!未定义书签。 1.4.1 课程设计的目的......................... 错误!未定义书签。 1.4.2 课程设计的任务与要求................... 错误!未定义书签。 1.4.3 设计方案选定与说明..................... 错误!未定义书签。 2 触发电路设计...................................... 错误!未定义书签。 2.1控制及驱动电路设计........................... 错误!未定义书签。 2.1.1 PWM控制芯片SG3525简介................ 错误!未定义书签。 2.1.2 SG3525内部结构及工作特性............ 错误!未定义书签。 2.1.3 SG3525的工作原理...................... 错误!未定义书签。 2.1.4 控制电路工作原理....................... 错误!未定义书签。 2.2 驱动电路的设计.............................. 错误!未定义书签。 2.3 保护电路的原理与设计 (18) 2.3.1 过电压保护 (18) 2.3.2 过电流保护 (19) 2.4触发电路 (19) 2.5系统总电路................................... 错误!未定义书签。 3 电路仿真.......................................... 错误!未定义书签。 3.1 触发电路的仿真.............................. 错误!未定义书签。 3.1.1 Multisim仿真电路的建立................ 错误!未定义书签。 3.1.2 触发电路的仿真结果及分析............... 错误!未定义书签。 3.2 直流降压斩波电路的仿真及分析................ 错误!未定义书签。 3.2.1 Multisim仿真电路的建立................ 错误!未定义书签。 直流斩波电路工作原理及输出输入关系 升压斩波电路（Boost Chopper ） 升压斩波电路 假设L 和C 值很大。 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定1i ，电容C 向负载R 供电，输出电压0u 恒定。 断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。 设V 通态的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on t Ei 1 设V 断态的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为off t i E u 10)(- 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等： on t Ei 1=off t i E u 10)(- 化简得 E t T E t t t u o f f o f f o f f on =+=0 off t T ——升压比；升压比的倒数记作β ，即off t T =β β和α的关系：a +β=1 所以输出电压为 E E u αβ -==1110 升降压斩波电路 (buck -boost Chopper) 降压斩波电路 V 通时，电源E 经V 向L 供电使其贮能，此时电流为1i ，同时，C 维持输出电压恒定并向负载R 供电，这时E u L =。 V 断时，L 的能量向负载释放，电流为2i 。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，这时0u u L -=。 稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零，即 ???=-=+=T off on T t off L t on L L t u Et dt u dt u dt u on on 00)(0)(0 所以输出电压为： E E t T t E t t u oN on off on α α-=-==10 （on t 为 V 处于通态的时间，off t 为V 处于断态的时间） 《电力电子技术》课程设计说明书直流升压斩波电路设计 学院：电气与信息工程学院 学生姓名：凌昇 指导教师：董恒职称/学位硕士 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1201 学号：1230120148 完成时间：2015年6月 绪论............................................................ - 1 - 1 直流升压斩波电路的设计思想.................................... - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理...................................... - 3 - 1.2参数计算.................................................. - 4 - 2 直流升压斩波电路驱动电路设计.................................. - 5 - 3直流升压斩波电路保护电路设计.................................. - 6 - 3.1过电流保护电路............................................ - 6 - 3.2过电压保护电路............................................ - 6 - 4 直流升压斩波电路总电路的设计.................................. - 8 - 5 直流升压斩波电路仿真.......................................... - 9 - 5.1仿真模型的选择............................................ - 9 - 5.2仿真结果及分析............................................ - 9 - 致谢............................................... 错误！未定义书签。参考文献....................................................... - 12 - 附录：元件清单................................................. - 13 - 目录 引言 (2) 1 升压斩波工作原理 (2) 1.1 主电路工作原理 (2) 2 升压斩波电路的典型应用 (4) 3 设计内容及要求 (6) 3．1输出值的计算 (7) 4硬件电路 (7) 4.1控制电路 (7) 4.2 触发电路和主电路 (9) 4.3.元器件的选取及计算 (10) 5.仿真 (11) 6．结果分析 (14) 7．小结 (14) 8.参考文献 (14) 引言 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点 1 升压斩波工作原理 1.1 主电路工作原理 1)工作原理 假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。 V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 电子技术 课程设计说明书IGBT升压斩波电路设计 学生姓名：学号： 学院： 专业：电气工程及其自动化 指导教师： 2013年12 月 目录 1 引言 (3) 1.1 电力电子技术的介绍 (3) 1.2 电力电子技术的应用 (3) 1.3 电力电子技术中的直流变化技术 (4) 2 系统方案与主电路设计 (4) 2.1 系统方案 (4) 2.2 主电路设计 (4) 2.3 参数计算 (5) 2.3.1 RLC的计算 (5) 2.3.2 额定参数的计算 (6) 3 控制电路的设计 (6) 3.1 芯片SG3525的介绍 (6) 3.2 控制电路原理图 (7) 4 系统仿真 (8) 4.1 仿真模型的建立 (8) 4.2 系统仿真结果与分析 (11) 5 结论 (12) 参考文献 (13) 1 引言 1．1 电力电子技术的介绍 电力电子技术(Power Electronics)也称为电力电子学。利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用晶体管集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，可以经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。 电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。 1.2 电力电子技术的应用 电力电子技术是一个全新的技术平台，它由电路技术、功率半导体技术、计算机技术以及现代化的控制技术组成。从电力电子技术出现算起，它已经走过了50年的发展历程，也从电子技术中分离出来，成为了一门独立的科学技术。随着科学技术的发展，电力电子技术广泛应用于国民经济的每个工业领域。新千年后，电力电子技术的相关技术得到长足发展，再加上与微电子技术的结合，将使电力电子技术应用前景更为广阔。电力电子技术在发展速度，渗透力、与别的学科的融合程度上都与微电子技术有着相同的特征。这也使电力电子技术有旺盛的生命力，必将迎来更加广阔的发展空间。在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。升压斩波电路设计..
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